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 攪拌站配合比優(yōu)化、降本增效問題分析

混凝土攪拌站​因?yàn)榕浜媳鹊慕?jīng)濟(jì)優(yōu)化必須是對應(yīng)同一個(gè)地區(qū)、原材料的來源、各個(gè)單位的混凝土生產(chǎn)控制水平、施工季節(jié)的不同、混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑澆搗、養(yǎng)護(hù)方式等的不同，所以配合比的優(yōu)化只能在理論上從配合比設(shè)計(jì)、配合比在生產(chǎn)中的優(yōu)化等方面進(jìn)行分析，重在施工中的控制。

一、配合比理論設(shè)計(jì)

1、正確選擇材料  

混凝土使用的材料種類較多,我們根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)、使用說明書及實(shí)際經(jīng)驗(yàn),將混凝土常用的材料進(jìn)行歸納整理,了解其特性,如水泥的凝結(jié)時(shí)間、保水性、耐熱性、抗腐蝕能力,砂子的細(xì)度模數(shù)、級配區(qū)、含泥量、泥塊含量,石子的顆粒級配、含泥量、泥塊含量、針片狀含量,外加劑的摻量、減水效果、對凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度的影響程度。掌握材料間的適宜性,也就是什么樣的水泥與什么樣的外加劑適應(yīng),有抗腐蝕要求時(shí)用什么樣的材料,混凝土各強(qiáng)度等級對材料的具體要求等,確保材料選擇正確。

可行性分析:

(1) 水泥檢驗(yàn)采用國際上通用的《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》( ISO 法) ,使水泥膠砂強(qiáng)度更真實(shí)地反映了水泥在混凝土中的使用效果。按照ISO 法檢驗(yàn)得到的水泥膠砂強(qiáng)度進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),依據(jù)更具有科學(xué)性。

(2) 隨著建筑技術(shù)的發(fā)展,各種各樣的外加劑不斷涌現(xiàn),特別是減水劑和泵送劑的大量應(yīng)用,不僅改變了混凝土的各種性能,而且為混凝土施工工藝的發(fā)展和混凝土新品種的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

(3) 在混凝土中摻入粉煤灰,由于粉煤灰中含有大量球型顆粒,可以改善粉煤灰混凝土拌和物的泵送性能和在振動(dòng)外力作用下密實(shí)成型的性能。粉煤灰是一種工業(yè)廢渣,價(jià)格低廉,在本地區(qū)具有充足的貨源,廣安興盛綜合利用開發(fā)有限公司粉煤灰年產(chǎn)量達(dá)10 萬噸～15 萬噸,且多為Ⅰ、Ⅱ級灰。

2、 混凝土理論配合比設(shè)計(jì)  

配合比設(shè)計(jì)是根據(jù)現(xiàn)場施工特點(diǎn)在混凝土最D密實(shí)度理論的基礎(chǔ)上, 考慮集料比表面積對起潤滑作用的漿體數(shù)量的影響, 根據(jù)工藝特點(diǎn), 使填滿集料孔隙外提供混凝土工作性的過剩漿體量Z佳、性能Z優(yōu)的過程。

配比設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先采用正交法設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)確定合適的各配比參數(shù), 提高工作效率。對于配合比設(shè)計(jì)方法, 規(guī)范已有詳細(xì)規(guī)定, 但不論采用假定容重法、體積法還是經(jīng)驗(yàn)法, 主要有以下幾個(gè)過程:

( 1) 根據(jù)施工要求確定混凝土配制強(qiáng)度和施工坍落度。

配合比設(shè)計(jì)應(yīng)保證混凝土在澆筑時(shí)達(dá)到要求的性能, 這就要求設(shè)計(jì)初始工作性能高于澆筑工作性, 應(yīng)考慮運(yùn)輸、密實(shí)等過程對工作性的要求及經(jīng)此過程引起的工作性損失問題。

在室內(nèi)試配設(shè)計(jì)時(shí),可先設(shè)計(jì)低坍落度混凝土, 然后通過摻入推薦摻量外加劑或增加水泥漿量來調(diào)整至設(shè)計(jì)坍落度。配制強(qiáng)度的富裕( 標(biāo)準(zhǔn)差) 應(yīng)與施工控制水平相一致, 考慮到經(jīng)濟(jì)和安全因素, 一般現(xiàn)場配比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差不宜低于5.0MPa, 現(xiàn)場配比設(shè)計(jì)28d 強(qiáng)度富裕宜控制在8~12MPa。

( 2) 確定單位用水量, 選擇水膠比。

根據(jù)集料粒形、級配和外加劑的性能來綜合確定用水量。由于水膠比決定著水泥漿體的空隙率, 對于給定的材料, 混凝土強(qiáng)度只取決于水膠比, 因此應(yīng)盡量找到選定材料水膠比和強(qiáng)度之間的關(guān)系, 以確定合適的水膠比。

在沒有經(jīng)驗(yàn)資料前, 應(yīng)依照鮑羅米公式根據(jù)水泥強(qiáng)度和設(shè)計(jì)強(qiáng)度來計(jì)算水灰比, 但無論何時(shí)水灰比均應(yīng)同時(shí)滿足強(qiáng)度和耐久性要求。

( 3) 確定混凝土砂率, 計(jì)算單位混凝土粗、細(xì)集料用量。

砂率根據(jù)混凝土類型、坍落度及砂的細(xì)度模數(shù)和超粒徑顆粒含量等綜合因素確定。按照密實(shí)度理論, 在配比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使單位體積混凝土中盡量擁有較大體積的集料, 以減少水泥漿體量, 而單位體積混凝土中粗骨料體積與最D粒徑和砂的細(xì)度模數(shù)相關(guān)。

因此, 砂率設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)施工工藝和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),盡量采用較大粒徑的級配碎石和級配中粗砂, 并應(yīng)盡量滿足集料整體密級配, 以使混凝土性能處于Z佳集料組合狀態(tài)。另外, 當(dāng)在配合比設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土粘聚性欠佳, 一般可采用提高砂率、用較細(xì)砂替代部分粗砂和增大水泥漿量等措施來加以調(diào)整。

( 4) 外加劑和摻和料的類型和摻量的選擇確定。

外加劑優(yōu)選應(yīng)貫徹性能價(jià)格比Z優(yōu)原則。首先應(yīng)進(jìn)行不少于3 種外加劑的混凝土性能現(xiàn)場優(yōu)化比對( 外加劑可現(xiàn)場優(yōu)化調(diào)整) , 根據(jù)外加劑標(biāo)準(zhǔn)要求和工程對混凝土的要求, 選用具有Z優(yōu)指標(biāo)的外加劑,對單位混凝土的減水劑價(jià)格進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比對, 然后確定一種外加劑供現(xiàn)場使用, 并同時(shí)備用一種供應(yīng)急采用。當(dāng)摻和料的摻入目的是為改善混凝土和易性時(shí)采用較低摻量, 對粉煤灰一般控制在10%以下; 當(dāng)摻和料摻入是為降低水泥量時(shí), 粉煤灰一般可摻入10%~30%, 礦渣可摻入20%~60%, 具體摻量應(yīng)經(jīng)試配檢驗(yàn)并綜合各性能指標(biāo)來確定。

 ( 5) 對理論基準(zhǔn)配合比設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行試拌調(diào)整并確定試驗(yàn)室配合比。

由于在理論計(jì)算中運(yùn)用了一些假設(shè)和經(jīng)驗(yàn)參數(shù), 因此有必要對試拌結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整, 檢查實(shí)際工作性及相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo), 根據(jù)混凝土工作性和強(qiáng)度確定最合適的參數(shù)。

3、 配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題  

( 1) 混凝土攪拌站在進(jìn)行混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí), 關(guān)鍵要考慮的是水泥的價(jià)格比集料的價(jià)格貴得多, 因而所有可能采取的步驟都首先應(yīng)該是用以減少混凝土拌合物中的水泥用量, 并滿足工藝性和工程技術(shù)性能; 或者用價(jià)格更便宜的磨細(xì)材料( 如粉煤灰、礦渣、高嶺土等) 替代部分水泥用量并保證混凝土拌合物的主要性能特征, 以此來提高混凝土性能, 降低混凝土造價(jià)。

 ( 2) 從結(jié)構(gòu)的安全角度出發(fā), 強(qiáng)度等級應(yīng)作為Z低強(qiáng)度。由于材料、拌和方法、運(yùn)輸、灌注以及混凝土試樣的制作、養(yǎng)護(hù)和測試等各方面發(fā)生的波動(dòng), 按照統(tǒng)計(jì)學(xué)原則, 為保證達(dá)到工程設(shè)計(jì)強(qiáng)度的概率滿足規(guī)范規(guī)定要求, 則混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度必須有一定的富裕, 該富裕值應(yīng)與混凝土的生產(chǎn)控制水平相聯(lián)系, 即一定階段同規(guī)格混凝土的強(qiáng)度變異性即標(biāo)準(zhǔn)差決定。

技術(shù)上要求的工作性與現(xiàn)場結(jié)構(gòu)類型、運(yùn)輸及密實(shí)方式相關(guān), 要想優(yōu)化混凝土配合比就必須與現(xiàn)場施工工藝控制水平相聯(lián)系。在配比設(shè)計(jì)計(jì)算中, 配制強(qiáng)度應(yīng)是試拌或施工平均強(qiáng)度, 因此控制材料穩(wěn)定、計(jì)量精密、拌和規(guī)范是優(yōu)化混凝土配合比的前提和基礎(chǔ)。

 ( 3) 工作性是混凝土的重要性質(zhì), 混凝土拌合物的工作性通常用新拌混凝土的粘聚性、保水性和坍落度、擴(kuò)展度以及它們的經(jīng)時(shí)變化來衡量。當(dāng)集料棱角減少、表面粗糙顆粒減少時(shí), 混凝土的工作性會有所提高; 混凝土中微氣泡含量適量增加時(shí), 混凝土流動(dòng)性會有所提高, 但含氣量應(yīng)控制在3%~6%范圍內(nèi); 否則, 對強(qiáng)度影響較大。粘聚性與施工時(shí)的振搗易密性和實(shí)體及外觀質(zhì)量密切相關(guān), 設(shè)計(jì)拌和物工作性的重要依據(jù)是混凝土的坍落度( 稠度) 不應(yīng)超出運(yùn)輸、澆灌、搗實(shí)和抹面的需要。

混凝土流動(dòng)性在運(yùn)輸或灌注時(shí)間較長或氣溫較高時(shí), 必須事先確定經(jīng)時(shí)損失能滿足要求的配合比。工作性差的混凝土, 易產(chǎn)生離析、泌水、坍損快等有害現(xiàn)象, 不僅使施工難于灌注和搗實(shí), 增加施工費(fèi)用, 而且使混凝土強(qiáng)度、耐久性和外觀質(zhì)量變差。

 ( 4) 提高混凝土的密實(shí)性首先要考慮混凝土的骨料級配, 在相同條件下, 良好的骨料級配其孔隙率最小, 拌制的混凝土在一定坍落度下所需的用水量最少。

二、優(yōu)化混凝土配合比在施工生產(chǎn)中應(yīng)注意的問題

( 1) 配料計(jì)量。

為保證施工配比與室內(nèi)理論配比的一致, 現(xiàn)場材料計(jì)量應(yīng)準(zhǔn)確, 各種材料用量都應(yīng)以重量計(jì)量, 避免采用體積或時(shí)間( 水、液體外加劑) 計(jì)量。當(dāng)外加劑以粉劑摻入時(shí), 應(yīng)在施工前以袋裝稱量并隨時(shí)抽檢, 不應(yīng)現(xiàn)場邊生產(chǎn)邊稱量, 以降低人為誤差。雖然影響混凝土強(qiáng)度的因素比較多, 對于一定的材料而言, 一般主要以水灰比和含氣量作為影響強(qiáng)度的主要因素, 因此如何控制含氣量穩(wěn)定、如何控制集料含水量以保證混凝土水灰比的穩(wěn)定, 是現(xiàn)場施工控制的一個(gè)重要方面�，F(xiàn)場應(yīng)經(jīng)常檢測砂石材料的含水量, 必要時(shí)應(yīng)采取措施, 例如用鏟車經(jīng)常翻拌集料來保證生產(chǎn)中配料的均一穩(wěn)定性。

 ( 2) 減水劑應(yīng)優(yōu)先采用滯水法摻入, 即在水泥( 摻和料) 、水、砂、石全部投入攪拌30~60s 后投入減水劑, 再拌和60~90s 后出料。

實(shí)踐證明, 滯水法摻入可提高減水率、增加保水性、降低坍落度經(jīng)時(shí)損失、提高減水劑與水泥的適應(yīng)性, 優(yōu)化混凝土性能。

 ( 3) 隨著季節(jié)和材料變化, 混凝土配合比應(yīng)適時(shí)調(diào)整。

由于混凝土溫度不同, 水泥水化速度不一樣,而且減水劑的減水率也不一樣, 因此, 隨著季節(jié)改變, 配合比應(yīng)及時(shí)試拌調(diào)整, 優(yōu)化配比。同時(shí), 施工中, 細(xì)集料變化若導(dǎo)致細(xì)度模數(shù)波動(dòng)大于±0.2, 就需調(diào)整配合比, 以滿足施工要求。

 ( 4) 對已施工混凝土各技術(shù)參數(shù), 如細(xì)度模數(shù)、坍落度、強(qiáng)度、含氣量等應(yīng)定期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 并根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整、優(yōu)化當(dāng)前的配合比。

一般設(shè)計(jì)混凝土配合比主要以混凝土齡期強(qiáng)度和工藝施工性能為其主要指標(biāo), 耐久性指標(biāo)往往考慮不多, 實(shí)際上耐久性好的混凝土往往是采用了多種磨細(xì)摻和料和G效減水劑, 常常是相對經(jīng)濟(jì)的, 與優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)并不矛盾。

高性能混凝土與普通混凝土的區(qū)別在于摻入了粉煤灰、高爐礦渣、微硅粉中的二種或三種摻料, 并且往往采用低堿、G效減水劑, 水灰比較普通混凝土配合比設(shè)計(jì)偏低, 坍落度一般在160mm 以上。

由于以礦物摻和料置換部分水泥, 一方面降低了混凝土成本,另一方面由于摻和料的表面效應(yīng)、填充效應(yīng)和火山灰活性等優(yōu)化了混凝土工作性能, 增加粘聚性, 降低大流動(dòng)度下的泌水率, 而且經(jīng)時(shí)損失小。對成型混凝土, 后期強(qiáng)度提高大, 抗凍融、抗?jié)B性、抗氯離子滲透和抗化學(xué)侵蝕性強(qiáng)等, 還可降低干燥收縮、降低水化熱、抵抗水及離子滲透性能高等, 能顯著提高混凝土性能。

當(dāng)前, 在工地現(xiàn)場高性能混凝土主要采用磨細(xì)粉煤灰和高爐礦渣, 配以G效減水劑并微量引氣技術(shù), 水泥整體置換量達(dá)20%~40%, 一般坍落度在160~230mm。

當(dāng)然, 摻和料置換量還必須兼顧施工周期對混凝土強(qiáng)度的要求, 必須兼顧混凝土其它綜合性能。試驗(yàn)證明, 從改善混凝土某單一性能方面考慮, 當(dāng)?shù)V粉摻量達(dá)到60%時(shí)水化熱降低效果較好; 粉煤灰、礦粉復(fù)合摻量達(dá)到60%時(shí), 降低水化熱具有明顯作用; 當(dāng)粉煤灰摻量達(dá)到30%或礦粉摻量達(dá)50%時(shí), 改善混凝土收縮作用較強(qiáng); 當(dāng)單摻粉煤灰30%時(shí),氯離子滲透電量最小; 礦粉單摻達(dá)40%, 混凝土具有Z佳強(qiáng)度及滲透電量值。

混凝土攪拌站現(xiàn)場混凝土配比的優(yōu)化涉及混凝土原材料、混凝土生產(chǎn)、混凝土運(yùn)輸、混凝土振搗密實(shí)、混凝土養(yǎng)護(hù)等多重環(huán)節(jié)和多種作業(yè)類型, 只有保證各環(huán)節(jié)的精密協(xié)調(diào), 才能為配比的優(yōu)化調(diào)整提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)的前提, 一個(gè)好的配合比才能落實(shí)到工程實(shí)踐中去。